Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-electronics Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Beijing Huairou Instruments and Sensors Co., Ltd., Beijing 101400, China
4 Beijing Institute of Automation and Control Equipment, Key Laboratory of National Defense Science and Technology of Inertial Technology, Beijing 100074, China
Integrated optical gyroscopes (IOGs) have been an efficient tool for numerous applications in various fields, including inertial navigation, flight control, and earthquake monitoring. Here, we review the progress of integrated optical gyroscopes based on two categories of integrated interferometric optical gyroscopes (IIOGs) and integrated resonant optical gyroscopes (IROGs).
integrated optical gyroscopes interferometric optical gyroscopes integrated resonant optical gyroscopes Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031302
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics, Department of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2 State Key Laboratory of Membrane Biology, School of Life Sciences, and Biomedical Pioneering Innovation Center (BIOPIC), Peking University, Beijing 100871, China
3 School of Physics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
4 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
5 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) has played an important role in bio-imaging due to its advantages of high photon efficiency, fast speed, and long-term imaging capabilities. The perpendicular layout between LSFM excitation and detection often limits the 3D resolutions as well as their isotropy. Here, we report on a reflective type light-sheet microscope with a mini-prism used as an optical path reflector. The conventional high NA objectives can be used both in excitation and detection with this design. Isotropic resolutions in 3D down to 300 nm could be achieved without deconvolution. The proposed method also enables easy transform of a conventional fluorescence microscope to high performance light-sheet microscopy.
Photonics Research
2024, 12(2): 271
1 教育部物质非平衡合成与调控重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学物理学院，陕西 西安 710049
激光扫描显微镜通过扫描高度汇聚的激光焦点可以获得样品的三维图像，而激光扫描显微镜时间分辨率低、光毒性大的缺点限制了其在活体快速三维成像等领域中的应用。近年来具有三维成像能力的宽场显微镜技术逐渐成为三维成像领域的研究热点。聚焦形貌恢复技术、结构光照明显微技术以及深度学习辅助三维成像是三种基于宽场成像的快速三维成像技术，通过硬件提升和软件辅助的方式，提高了宽场显微镜的三维成像能力。分别介绍了它们的原理、优缺点、最新的研究进展与应用，最后对宽场三维显微技术的未来发展进行了总结与展望。
生物光学 宽场显微镜 三维成像 聚焦形貌恢复 结构光照明显微镜 深度学习
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory for Non-Equilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter, School of Physics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
2 Shaanxi Province Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Optoelectronic Devices, School of Physics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
3 Department of Pharmaceutical Sciences, College of Pharmacy, University of Nebraska Medical Center, Omaha, Nebraska 68198-6025, USA
4 e-mail: yansheng.liang@mail.xjtu.edu.cn
5 e-mail: ming.lei@mail.xjtu.edu.cn
In this paper, we present an approach called the free lens modulation (FLM) method to generate high-perfection 3D generalized perfect optical vortices (GPOVs) with topological charges of 1–80. In addition, 2D and 3D GPOVs were produced by altering the parameters of the freely shaped lenses. To verify the quality of the GPOVs produced with the FLM method, we conducted optical trapping experiments and realized linear control of the rotation rate of the trapped particle. Due to the great advantages of high perfection and high power usage in generating arbitrarily shaped GPOVs, the FLM method is expected to be applied in optical manipulation, optical communications, and other fields.
Photonics Research
2023, 11(1): 27
1 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610000
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610000
3 中国科学院大学, 北京 100000
随着无人机的快速发展与应用, 无人机的普及也对公共安全、**安全和个人隐私等造成了一定的安全隐患。无人机具有飞行速度快、体积小等特点, 如何精准快速地发现并定位无人机位置具有一定的挑战。针对此问题, 提出了一种基于沙漏瓶颈模块的YOLOv3无人机实时检测算法。首先, 将原本3个特征尺度检测扩展为在5个特征尺度上进行检测, 充分利用多尺度信息帮助提升小目标检测精度; 然后, 堆叠沙漏瓶颈模块作为该方法的骨干网络部分, 沙漏瓶颈模块作为一种轻量化网络对模型进行加速, 并使用通道注意力机制在上采样之后的拼接部分关注更重要的通道信息, 抑制不利的信息。为了验证所提算法的有效性, 生成基于复杂城市背景下的无人机数据集, 实验结果表明, 所提算法的精度能够达到98.92%, 且具有98.76%的召回率, 在1080Ti上达到62.37 帧/s的实时速度, 模型权重大小仅为5.38 MiB, 为进一步在嵌入式平台和移动端实现实时目标检测提供了可能。
无人机检测 轻量化网络 沙漏瓶颈模块 特征金字塔网络 注意力机制 UAV detection lightweight network SandGlass Bottleneck Block feature pyramid network attention mechanism
西安工业大学电子信息工程学院, 陕西西安 710021
为改善软件定义网络(SDN)负载均衡问题, 对传统的蚁群算法进行改进, 并结合服务器负载均衡算法, 提出一个改进型的联合算法。该算法使用加权最小连接调度算法, 服务器端选择负载最小的服务器, 并利用改进蚁群算法(Im-ACO)选择到达所选服务器的最佳路径。理论分析及实验结果表明, 提出的联合算法使网络性能得到显著提高, 网络吞吐量更高, 丢包率更低。
软件定义网络 蚁群算法 负载均衡 最佳路径 Software Defined Network ant colony algorithm load balancing optimal path 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(10): 1081
1 天津市气象信息中心, 天津 300074
2 北京市气象探测中心, 北京 100089
3 天津市气象服务中心, 天津 300074
在大气能见度观测中, 相关研究多集中于白天观测, 夜间观测的研究比较少见, 而对于昼夜连续观测的研究更是鲜有报道。 目前, 国内外尚没有完全按照能见度定义研制的大气能见度自动观测仪出现。 针对这一问题, 基于CCD数字摄像技术, 模拟人工观测光学原理, 提出了一种能够昼夜进行大气能见度连续观测的方法。 该方法基于对目标物获得能见度计算公式, 并针对昼夜模式下的系统参数进行修正, 能够有效消除外在环境因素和相机自身系统内部因素引发的观测误差。 为验证算法的有效性, 针对天空遮挡、 半遮挡和空旷等不同情况(不同情况, 会影响观测环境的亮度, 以此测试系统对杂散光的抵抗能力, 以及对不同环境的适应能力), 搭建了基于该方法的3套原理样机。 利用搭建的数字摄像能见度仪(DPVS)在北京地区进行了实际的大气能见度分钟级观测。 观测实验表明, 基于该方法构建的观测系统, 不但具有较宽的观测范围, 而且能够有效适应各类复杂天气情况, 在雨雪霾等不同天气下, 均有较好的观测效果, 且无论是在能见度变化较快或者较为缓慢的情况下, DPVS系统均能够进行快速正确的响应。 而透过DPVS与散射仪和透射仪这两种标准观测仪器观测结果的对比分析发现, DPVS与前两者的观测结果具有较高的相关性: 0.973 1, 且观测性能相当, 其平均相对误差在-1.54%左右, 均方根相对误差在8.82%左右。 而本文算法出现的最大相对误差为-14.11%。 世界气象组织MOR规定: 能见度仪在满量程范围内, 其最大相对误差小于20%, 即认为是达到标准的能见度仪, 可以投入实际观测使用。 基于该算法研发的DPVS系统符合观测标准, 能够投入实际使用, 且DPVS系统的观测成本远比散射仪和透射仪更低, 具有较好的前景和应用价值。
大气观测 数字摄像 消光系数 能见度仪 Atmospheric observation Digital camera Extinction coefficient Visibility meter 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2187
1 中核建中核燃料元件有限公司 宜宾 644000
2 南华大学 机械工程学院 衡阳 421001
2011年的福岛核事故暴露出锆合金包壳抗高温氧化性能的不足。为此，国际核燃料领域提出了耐事故燃料这一概念。Cr涂层锆合金包壳作为耐事故燃料包壳近期可商用的技术途径得到了广泛关注。本文旨在研究Cr涂层Zr-4合金在不同温度下的高温氧化行为，采用多弧离子镀技术制备Cr涂层Zr-4合金样品，并在800?1 200 ℃空气气氛中氧化4 h，采用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、能量色散谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）、电子背散射衍射（Electron Backscatter Diffraction，EBSD）和掠射角X射线衍射仪（X-ray diffractometer，XRD）表征Cr涂层Zr-4合金样品在高温氧化前后的微观结构、物相等。氧化温度对Cr涂层Zr-4合金的微观组织结构、物相、Cr-Zr扩散层厚度以及氧化增重的影响分析结果显示：多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金样品表面存在大量尺寸不等的滴液，Cr涂层呈柱状晶形态生长，且沿着（110）晶面择优生长。在800?1 100 ℃高温氧化4 h后，样品表面出现不同程度的氧化，但涂层内部依然残留有未被氧化的Cr涂层，样品表面和截面没有出现微观裂纹，Cr-Zr扩散层的厚度随着氧化温度的增加呈线性规律增长，氧化增重增加缓慢。而1 200 ℃高温氧化4 h后，样品表面Cr涂层全部被氧化，表面和截面出现大量宏观裂纹，且Cr-Zr扩散层的厚度和氧化增重急剧增大。因此，采用多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金在800?1 100 ℃下表现出良好的抗高温性能，而在1 200 ℃发生了加速氧化现象。
Cr涂层Zr-4合金 多弧离子镀 高温氧化 Cr-Zr扩散 氧化增重 Cr-coated Zr-4 alloy Multi-arc ion plating High temperature oxidation Cr-Zr diffusion Oxidation weight gain
北京自动化控制设备研究所 惯性技术国防科技重点实验室, 北京 100074
无人机、机器人以及自动驾驶等领域对光纤陀螺尺寸、重量、成本综合性能提升有着迫切的需求, 具有小体积、高性能、低成本等技术优势的集成化光纤陀螺成为目前的研究热点。文章梳理了美国、俄罗斯等在集成化光纤陀螺方面的最新研究成果和产品技术动态, 从集成光学芯片设计加工、微小型高对称光纤环圈绕制、集成光学芯片与微小型光纤环圈直接耦合三个方面, 阐述了集成化光纤陀螺面临的技术和工艺难题, 分析了解决方案。最后, 展望了集成化光纤陀螺的未来发展趋势和应用前景。
集成化光纤陀螺 集成光学芯片 微小型光纤环圈 直接耦合 integrated fiber optic gyroscope integrated optical chip miniature fiber coil direct coupling
教育部物质非平衡合成与调控重点实验室，陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室，西安交通大学物理学院，陕西 西安 710049
光动力治疗以其高度选择性和低侵入性已在肿瘤和皮肤类疾病的临床治疗中展现出巨大的优势和广阔的前景。基于近红外光激发的双光子光动力治疗克服了传统紫外-可见光在生物组织中穿透能力有限的缺点，同时，非线性光学效应提升了光激活的时间和空间分辨率，使得其在深层肿瘤和病灶的精准诊疗中受到广泛关注。本文介绍了双光子光动力的基本原理，总结了目前高效双光子光敏剂的开发设计以及双光子光敏特性的表征技术，以具有聚集诱导发光特性的光敏剂为代表，对当前双光子光动力治疗的研究进展进行讨论和分析。最后对双光子光动力治疗未来的发展方向进行了展望。
医用光学 双光子 光动力治疗 光敏剂 近红外光 聚集诱导发光 中国激光
2022, 49(15): 1507101
